水力機械微尺度空化機理研究

《水力機械微尺度空化機理研究》是依託武漢大學，由郭志偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水力機械微尺度空化機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郭志偉
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

空化是水力機械領域的重要問題，空化的發生會引起流動不穩定，空化的持續作用會造成葉片破損，導致葉片表面不光滑，破損的葉片也會反過來影響空化的初生、發展及潰滅，改變水力機械正常工作環境，對水力機械安全穩定運行有重大影響。本項目以試驗為基礎，結合數值模擬和不穩定性理論分析，研究微尺度空化初生、發展及潰滅機理，以及在不同外部擾動下的動力學特性，重點研究不同破損階段固體表面附近的微尺度空化機理及不穩定模態對空化的影響機理。主要內容包括：構建對應不同破損階段的非光滑固體表面的試驗模型和數值模型，測量並計算非光滑固體表面附近的空泡運動軌跡，分析固體表面持續受到破壞的原因，進而揭示非光滑區域對空化的影響機理；建空泡兩相流的不穩定模型，計算並闡明不穩定模態分布規律，探索最不穩定模態對空化的影響機理。從而揭示水力機械微尺度空化機理，為水力機械故障診斷、最佳化設計提供理論依據，具有重要的工程套用背景和學術價值。

結題摘要

水力機械空化現象一直以來都是研究的重點和難點，空化造成的空蝕會對水力機械葉片造成持續的破壞，反過來破損的葉片也會進一步影響空化特性，對水力機械安全穩定運行有重大影響。因此本項目通過模型試驗、數值模擬及理論分析的方法，研究了單空泡在不同情況下的運動特性，並探討了水力機械空化機理，主要研究內容包括：近壁面非定常空泡運動的試驗研究；近壁面非定常空泡運動的數值模擬研究和近壁面非定常空泡運動的不穩定性研究，以及相關的水力機械空化特性研究。研究結果包括：（1）發明了一種通過降低壓力產生單空泡的方法，通過該方法產生的空泡原理和水力機械空化發生的原理一致，可以更好的為研究水力機械空化發生、發展及潰滅的研究提供重要的參考；（2）闡明了不同凹坑形狀和大小下的近壁面非定常空泡運動特性，為持續破壞下空化特性的變化提供相關的參考；指出了在不同外部擾動下近壁面非定常空泡運動的不穩定性特性，為水力機械空化在受外部擾動情況下的變化規律提供基礎信息；（3）揭示了吸氣渦形成的機理並提出了消除附底渦和吸氣渦的裝置。為空泡發生技術提供理論和技術依據，同時為進水池吸氣渦和附底渦消除方法提供了技術支持和理論支撐，為實際工程套用提供了方向。揭示了水力機械水力特性受空化影響的變化機理，為水力機械空化的控制提供了理論支撐及重要的研究思路。研究成果不僅針對水力機械微尺度空泡的運動軌跡進行詳細研究，並進一步研究了水力機械巨觀空化機理，具有重要的工程套用背景和相應的學術價值。